液壓傳動第二章、第三章

1、第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 第一節(jié)第一節(jié) 液壓傳動的工作介質(zhì)液壓傳動的工作介質(zhì)一、工作介質(zhì)的物理性質(zhì)一、工作介質(zhì)的物理性質(zhì) 工作油液工作油液v 1 1、密度、密度 單位體積液體所具有的質(zhì)量，用公式表示為單位體積液體所具有的質(zhì)量，用公式表示為 =m/v 液壓系統(tǒng)計算時，通常取液壓油的密度為液壓系統(tǒng)計算時，通常取液壓油的密度為900kg/m3。v 2 2、液體的可壓縮性、液體的可壓縮性 用壓縮系數(shù)用壓縮系數(shù)k k表示，是指液體在單位壓力變化下的體積相對表示，是指液體在單位壓力變化下的體積相對變化量，用公式表示為變化量，用公式表示為 壓力增大時液體的體積減小，為了使壓力增大時液體的

2、體積減小，為了使k k為正值，在上式右邊為正值，在上式右邊加一負(fù)號。加一負(fù)號。01VVpk第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v3 3、液體的體積彈性模量、液體的體積彈性模量 液體壓縮系數(shù)液體壓縮系數(shù)k k的倒數(shù)，用的倒數(shù)，用K K 表示，即表示，即 工作介質(zhì)的可壓縮性在研究液壓系統(tǒng)靜態(tài)工作介質(zhì)的可壓縮性在研究液壓系統(tǒng)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）條件下工作性能時，可以不予考慮；（穩(wěn)態(tài)）條件下工作性能時，可以不予考慮； 但在高壓下或研究系統(tǒng)動態(tài)性能及計算遠(yuǎn)距離但在高壓下或研究系統(tǒng)動態(tài)性能及計算遠(yuǎn)距離操縱的液壓系統(tǒng)時，必須予以考慮。操縱的液壓系統(tǒng)時，必須予以考慮。 01VVpkK第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知

3、識液壓傳動基礎(chǔ)知識v4.4.液體的粘性液體的粘性 1 1）粘性的定義）粘性的定義： 液體分子間相互作用的內(nèi)聚力。液體分子間相互作用的內(nèi)聚力。動畫動畫 粘性只有在液體流動時或有流動趨勢時才粘性只有在液體流動時或有流動趨勢時才能表現(xiàn)出來能表現(xiàn)出來。第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識2) 2) 粘度粘度 A.A.動力粘度動力粘度 由于液由于液 體粘性和液體與固體壁面間作用體粘性和液體與固體壁面間作用 力的共同影響，兩平行平板間各力的共同影響，兩平行平板間各 層的速度分布從上到下按線性規(guī)層的速度分布從上到下按線性規(guī) 律變化。液體流動時相鄰液層間律變化。液體流動時相鄰液層間 的內(nèi)摩擦力的內(nèi)摩擦

4、力F Ff f為為: : 為粘性系數(shù)或動力粘度。為粘性系數(shù)或動力粘度。 單位面積上的內(nèi)摩擦力為單位面積上的內(nèi)摩擦力為yuAFddfyuAFfdduydd第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識動力粘度的單位：動力粘度的單位： 1 1）在國際單位制中，）在國際單位制中，的單位為的單位為PaPas s（帕（帕秒）秒） 2 2）在厘米）在厘米克克秒（秒（CGSCGS）制中）制中, , 單位為單位為P P（泊）（泊） 或或cPcP（厘泊）（厘泊） 3 3）相互關(guān)系：）相互關(guān)系：1Pa1Pas=10P=10s=10P=103 3cPcP 具有力、長度、時的量綱，即具有動力學(xué)具有力、長度、時的量綱，即

5、具有動力學(xué) 的量，故叫動力粘度。的量，故叫動力粘度。 動力粘度的物理意義是：動力粘度的物理意義是：液體在單位速度梯度下，液體在單位速度梯度下，單位面積上的內(nèi)摩擦力大小。單位面積上的內(nèi)摩擦力大小。第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識B.B.運動粘度運動粘度 在同一溫度下，液體的動力粘度在同一溫度下，液體的動力粘度與它的密度之比，即與它的密度之比，即 運動粘度的單位運動粘度的單位在國際單位制中在國際單位制中: :為為m m2 2/s, /s, 在在CGSCGS制中制中: : 為為cmcm2 2/s/s（斯，（斯，StSt）cStcSt（厘斯）來表示，。（厘斯）來表示，。第二章第二章液壓傳動

6、基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 運動粘度具有長度和時間的量綱，具運動粘度具有長度和時間的量綱，具有運動學(xué)的量，故叫運動粘度。有運動學(xué)的量，故叫運動粘度。 相互關(guān)系相互關(guān)系: : 1 m 1 m2 2/s =10/s =104 4 St=10St=106 6 cSt cSt 運動粘度用來標(biāo)明液體的粘度，如運動粘度用來標(biāo)明液體的粘度，如4040號全損耗系統(tǒng)用油就是指在號全損耗系統(tǒng)用油就是指在4040時的運動時的運動粘度粘度的平均值為的平均值為40 cSt40 cSt（厘斯）。（厘斯）。第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識C.C.相對粘度相對粘度 是特定測量條件下制定的，又稱為條件是特定測量條件下

7、制定的，又稱為條件粘度。粘度。 有有 恩氏粘度恩氏粘度E E， 通用賽氏秒通用賽氏秒SUSSUS， 商用雷氏秒（商用雷氏秒（R1SR1S），）， 巴氏度巴氏度0 0B B等。等。 恩氏粘度測定方法（恩氏粘度測定方法（見測量示意圖見測量示意圖），即），即 恩氏粘度與運動粘度間的換算關(guān)系式為恩氏粘度與運動粘度間的換算關(guān)系式為/sm).(260010E316E317210ttEt第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 粘度與溫度的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系 當(dāng)油溫升高時，其粘度顯著下降，這一當(dāng)油溫升高時，其粘度顯著下降，這一特性稱為油液的粘溫特性，如圖特性稱為油液的粘溫特性，如圖2-22-2所示。

8、所示。圖2-2 粘-溫特性曲線1-水包油乳化液 2-水-乙二醇液 3-石油型高粘度指數(shù)液壓油 4-石油型普通液壓油 5-磷酸脂液溫度/C0運動粘度(10 m .s )-62-1第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識5 5液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的性能要求液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的性能要求 不同工作機械、不同使用條件的液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)不同工作機械、不同使用條件的液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求有很大不同。工作介質(zhì)應(yīng)主要具備以下性能的要求有很大不同。工作介質(zhì)應(yīng)主要具備以下性能v要有合適的粘度和較好的粘要有合適的粘度和較好的粘溫特性。溫特性。v防腐性、防銹性要好，抗泡沫性、抗乳化性、抗磨性防腐性、防銹性要好，抗

9、泡沫性、抗乳化性、抗磨性要好。要好。v抗氧化性、抗剪切穩(wěn)定性，抗空氣釋放性、抗水解安抗氧化性、抗剪切穩(wěn)定性，抗空氣釋放性、抗水解安定性好，抗低溫性要好。定性好，抗低溫性要好。v與金屬和密封件、橡膠軟管、涂料等的相容性要好。與金屬和密封件、橡膠軟管、涂料等的相容性要好。v流動點和凝固點要低，閃點和燃點高，比熱容和熱導(dǎo)流動點和凝固點要低，閃點和燃點高，比熱容和熱導(dǎo)率要大，體積膨脹要小。率要大，體積膨脹要小。第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識6 6工作介質(zhì)的類型與選用工作介質(zhì)的類型與選用v液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件 如氣溫的變化情況，系統(tǒng)的冷如氣溫的變化情況，系統(tǒng)的冷卻條件，有無

10、高溫?zé)嵩春兔骰?，抑制噪聲能力，廢液卻條件，有無高溫?zé)嵩春兔骰?，抑制噪聲能力，廢液再生處理及環(huán)保要求。再生處理及環(huán)保要求。 v液壓系統(tǒng)的工作條件液壓系統(tǒng)的工作條件 如壓力范圍、液壓泵的類型和如壓力范圍、液壓泵的類型和轉(zhuǎn)速、溫度范圍、與金屬及密封和涂料的相容性、系轉(zhuǎn)速、溫度范圍、與金屬及密封和涂料的相容性、系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時間和工作特點等。統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時間和工作特點等。 v液壓油的性質(zhì)液壓油的性質(zhì) 如液壓油的理化指標(biāo)和使用性能，各如液壓油的理化指標(biāo)和使用性能，各類液壓油的特性等類液壓油的特性等v經(jīng)濟(jì)性和供貨情況經(jīng)濟(jì)性和供貨情況 如液壓油的價格、使用壽命、對如液壓油的價格、使用壽命、對液壓元件壽命的影響、當(dāng)?shù)?/p>

11、油品的貨源以及維護(hù)、更液壓元件壽命的影響、當(dāng)?shù)赜推返呢浽匆约熬S護(hù)、更換的難易程度等換的難易程度等。 第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 第二節(jié)第二節(jié) 液壓油的污染及其控制液壓油的污染及其控制( (自學(xué)）自學(xué)） 一、污染產(chǎn)生的原因一、污染產(chǎn)生的原因 二、污染的危害二、污染的危害 三、污染測定的方法與標(biāo)準(zhǔn)三、污染測定的方法與標(biāo)準(zhǔn) 四、防止污染的措施四、防止污染的措施第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 液壓流體力學(xué)是研究液體平衡和運動液壓流體力學(xué)是研究液體平衡和運動的力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)的力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)本章的主要內(nèi)容是本章的主要內(nèi)容是v液體靜力學(xué)液體靜力學(xué) v研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的

12、力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用用v液體動力學(xué)液體動力學(xué) v研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v管道中液流的特性管道中液流的特性 v計算液體在管路中流動時的壓力損失計算液體在管路中流動時的壓力損失v孔口及縫隙的壓力流量特性孔口及縫隙的壓力流量特性 v是分析節(jié)流調(diào)速回路性能和計算元件泄漏是分析節(jié)流調(diào)速回路性能和計算元件泄漏量的理論依據(jù)量的理論依據(jù)v液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象第一節(jié)第一節(jié) 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué) 力傳遞力傳遞一、液體靜壓力（壓強）的性質(zhì)和單位一、液體靜壓力（壓強）的性質(zhì)和單位1

13、 1、質(zhì)量力、質(zhì)量力 作用于液體內(nèi)部任何一個質(zhì)點上，與質(zhì)量成正作用于液體內(nèi)部任何一個質(zhì)點上，與質(zhì)量成正比，由加速度引起，如重力、慣性力、離心力比，由加速度引起，如重力、慣性力、離心力等。等。2 2、表面力、表面力 作用在所研究液體外表面上的力，與所受作用在所研究液體外表面上的力，與所受液體作用的表面積成正比。液體作用的表面積成正比。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第節(jié)第節(jié) 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)v表面力有兩種，表面力有兩種，法向表面力、切向表面力。法向表面力、切向表面力。v切向表面力與液體表面相切，流體粘性引起的內(nèi)切向表面力與液體表面相切，

14、流體粘性引起的內(nèi)摩擦力即為切向表面力。摩擦力即為切向表面力。v法向表面力總是指向液體表面內(nèi)法線方向作用，法向表面力總是指向液體表面內(nèi)法線方向作用，即即壓力壓力。v單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。v靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力，在物理學(xué)中稱為靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力，在物理學(xué)中稱為壓強壓強第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識3 3、壓力定義、壓力定義4 4、壓力的單位、壓力的單位v1) 1) 國際制單位國際制單位 PaPa（帕）（帕）N/mN/m2 2 或兆帕或兆帕(MPa)(MPa) 。v2) 2) 工程制單位工程制單位 kgf/cmkgf/cm2

15、2，國外也有用，國外也有用bar(bar(巴），巴），bar=10bar=105 5PaPa。v3) 3) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 1 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓0.980.9810105 5PaPa。v4) 4) 液體柱高度液體柱高度 h=p/gh=p/g，常用的有水柱、酒精，常用的有水柱、酒精柱、汞柱等。柱、汞柱等。AFp 第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v5 5、液體靜壓力幾個重要特性、液體靜壓力幾個重要特性v1 1）液體靜壓力的作用方向始終指向作用面）液體靜壓力的作用方向始終指向作用面的內(nèi)法線方向。液體只能受壓。的內(nèi)法線方向。液體只能受壓。v2 2）靜止液體中任何一點所受到各個方

16、向的）靜止液體中任何一點所受到各個方向的液體靜壓力都相等。液體靜壓力都相等。v3 3）在密封容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓）在密封容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值傳遞到液體中所有各點，這就力將以等值傳遞到液體中所有各點，這就是靜壓傳遞原理。是靜壓傳遞原理。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 二、液體壓力的表示方法二、液體壓力的表示方法 圖圖真空度絕對壓力大氣壓力絕對壓力表壓力p0ppa絕對真空p=0圖 2-3 相對壓力與絕對壓力間的關(guān)系相對壓力第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v三、靜壓力方程及其物理本質(zhì)三、靜壓力方程及其物理本質(zhì) v 靜壓力方程靜壓力方程b)a)圖2

17、-4 重力作用下的靜止液體第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 在垂直方向上力平衡方程式為在垂直方向上力平衡方程式為 v 上式化簡后得上式化簡后得 v 如上表面受到大氣壓力如上表面受到大氣壓力p pa a作用，則作用，則 v 靜止液體在自重作用下任何一點的壓力隨著液體深度呈線靜止液體在自重作用下任何一點的壓力隨著液體深度呈線性規(guī)律遞增。性規(guī)律遞增。v 液體中壓力相等的液面叫液體中壓力相等的液面叫等壓面等壓面，靜止液體的等壓面是一，靜止液體的等壓面是一水平面水平面。v 當(dāng)不計自重時，液體靜壓力處處相等。液體自重產(chǎn)生的壓當(dāng)不計自重時，液體靜壓力處處相等。液體自重產(chǎn)生的壓力與液體傳遞壓力相

18、比要小得多，在液壓傳動中常常忽略力與液體傳遞壓力相比要小得多，在液壓傳動中常常忽略不計。不計。 AghApAp0ghpp0ghppab)a)圖2-4 重力作用下的靜止液體第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 2 2、靜壓力方程的物理本質(zhì)、靜壓力方程的物理本質(zhì)v 在圖在圖2-52-5中盛有液體的容器放在基準(zhǔn)面中盛有液體的容器放在基準(zhǔn)面o-o-xyxy上，則靜壓力基上，則靜壓力基本方程可寫成本方程可寫成 v 將上式整理后可得將上式整理后可得v = =常數(shù)常數(shù) v v 式中式中Z Z表示單位重量液體的位能，稱為位置水頭；表示單位重量液體的位能，稱為位置水頭；p/gp/g表示表示單位重力液體

19、的壓力能，稱為壓力水頭。單位重力液體的壓力能，稱為壓力水頭。v 靜壓力基本方程的物理本質(zhì)是靜壓力基本方程的物理本質(zhì)是v 靜止液體內(nèi)任何一點具有靜止液體內(nèi)任何一點具有位能和壓力能兩種能量位能和壓力能兩種能量形式，且其形式，且其總和在任意位置保持不變，但兩種能量形式之間可以互相轉(zhuǎn)總和在任意位置保持不變，但兩種能量形式之間可以互相轉(zhuǎn)換。換。)(000zzgpghpp000gPzgPz圖2-5 靜壓力方程的物理本質(zhì)第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v四、液體靜壓力對固體壁面的作用力四、液體靜壓力對固體壁面的作用力v1 1、作用在平面上總力、作用在平面上總力F F等于壓力等于壓力p p與承壓面

20、積與承壓面積A A的乘的乘積，即積，即 v2 2、靜壓力在曲面某一、靜壓力在曲面某一v方向上的總力方向上的總力F F1 1等于等于v壓力壓力p p與曲面在該方向與曲面在該方向v投影面積投影面積Ax的乘積，的乘積，v即即 F1= p.Axv下面以液壓缸缸筒為例下面以液壓缸缸筒為例v加以說明。加以說明。pAF 第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第二節(jié)第二節(jié) 液體動力學(xué)液體動力學(xué)v 主要是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。主要是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。連續(xù)性連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程方程、伯努利方程、動量方程是描述流動液體力學(xué)規(guī)律是描述流動液體力學(xué)規(guī)律的三個基本方程式。

21、的三個基本方程式。v 前兩個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，前兩個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題。動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題。v 主要內(nèi)容是主要內(nèi)容是v 基本概念基本概念v 流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程v 伯努利方程伯努利方程v 動量方程動量方程第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識一、基本概念一、基本概念1.1.理想液體：理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體為理想液體。既無粘性又不可壓縮的液體為理想液體。2.2.恒定流動：恒定流動：液體中任何一點的壓力、速度、密度等參數(shù)液體中任何一點的壓力、速

22、度、密度等參數(shù)都不隨時間變化而變化的流動。都不隨時間變化而變化的流動。3.3.非恒定流動：非恒定流動：液體中任何一點的壓力、速度、密度有一液體中任何一點的壓力、速度、密度有一個參數(shù)隨時間變化而變化的流動。具體見個參數(shù)隨時間變化而變化的流動。具體見恒定非恒定流恒定非恒定流動動畫圖動動畫圖、恒定流動恒定流動2 2、非恒定流動非恒定流動2 24.4.一維流動一維流動 整個液體在管道中作線形流動。整個液體在管道中作線形流動。5.5.二維流動二維流動 整個液體在管道中作兩坐標(biāo)的平面流動。整個液體在管道中作兩坐標(biāo)的平面流動。6.6.三維流動三維流動 整個液體在管道中作三坐標(biāo)空間流動。整個液體在管道中作三坐

23、標(biāo)空間流動。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識一、基本概念一、基本概念7.7.流線：流線：某一瞬時液流中一條條某一瞬時液流中一條條標(biāo)志其各處質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線標(biāo)志其各處質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線。流線間不能相交，不能轉(zhuǎn)折，。流線間不能相交，不能轉(zhuǎn)折，但可相切，流線是一條條光滑的但可相切，流線是一條條光滑的曲線，見圖曲線，見圖2-7a2-7a。圖圖8.8.流管：流管：在流場的空間劃出一在流場的空間劃出一任意封閉曲線，封閉曲線本身不任意封閉曲線，封閉曲線本身不是流線，經(jīng)過該封閉曲線上每一是流線，經(jīng)過該封閉曲線上每一點作流線，這些流線組合成一表點作流線，這些流線組合成一表面，稱為流管，見圖面，稱為

24、流管，見圖2-7b2-7b。9.9.流束：流束：流管內(nèi)的流線群稱為流流管內(nèi)的流線群稱為流束，見圖束，見圖2-7c2-7c。圖2-7 a)流線 b)流管 c)流束和通流截c)BAb)a)sss第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 微小流管或流束微小流管或流束 微小流束截面上各點處的流速微小流束截面上各點處的流速可以認(rèn)為是相等的?？梢哉J(rèn)為是相等的。10.10.緩變流動：緩變流動：流線間的夾角很小，或流線曲率半流線間的夾角很小，或流線曲率半徑很大的流動稱為緩變流動。平行流動和緩變流徑很大的流動稱為緩變流動。平行流動和緩變流動都可以是一維流動。動都可以是一維流動。11.11.通流截面：通流截面

25、：流束中與所有流線垂直的橫截面稱流束中與所有流線垂直的橫截面稱為通流截面，其可能是平面或是曲面，見圖為通流截面，其可能是平面或是曲面，見圖2-7c2-7c所示。所示。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識二、連續(xù)方程二、連續(xù)方程1 1、流量與平均流速、流量與平均流速1 1）流量）流量 單位時間內(nèi)流過某通流單位時間內(nèi)流過某通流截面的液體體積，用截面的液體體積，用q表示，即表示，即 實際液體具有粘度，液體在某一通實際液體具有粘度，液體在某一通流截面流動時截面上各點的流速是不相等，流量表示為流截面流動時截面上各點的流速是不相等，流量表示為 圖圖 通過整個通流截面的總流量為通過整個通流截面的總流

26、量為 tVq AuqddAAuqduudAdA圖2-8 連續(xù)性方程推導(dǎo)簡圖第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識2 2）平均流速流）平均流速流 過通流截面過通流截面A A的流量與以實際流速的流量與以實際流速 流過通流截面流過通流截面A A的流量相等，即的流量相等，即 圖圖v所以平均流速所以平均流速 AAuqAdAq第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識2.2.連續(xù)方程連續(xù)方程v 如圖如圖2-82-8所示，在恒定流動、液體是不可壓縮條件所示，在恒定流動、液體是不可壓縮條件下，根據(jù)質(zhì)量守恒定律下，根據(jù)質(zhì)量守恒定律uudAdA圖2-8 連續(xù)性方程推導(dǎo)簡圖tAutAudddd222111第

27、三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v12故上式簡化為故上式簡化為 v對上式等號兩端進(jìn)行積分，則對上式等號兩端進(jìn)行積分，則 v上式可寫成上式可寫成 或或 = =常數(shù)常數(shù) v不管平均流速和液流通流截面面積沿著流程怎樣變不管平均流速和液流通流截面面積沿著流程怎樣變化，流過不同截面的液體流量仍然相同?；?，流過不同截面的液體流量仍然相同。2211ddAuAu222111ddAuAuAA21qq 2211AAAq 第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v三、伯努利方程三、伯努利方程 圖圖1 1、理想液體的伯努利方程、理想液體的伯努利方程 常數(shù)常數(shù) 上式就是只受重力作用的理想液體作恒定上式就是

28、只受重力作用的理想液體作恒定流動時的伯努利方程或能量方程流動時的伯努利方程或能量方程 gugpz22uudAdA圖2-8 連續(xù)性方程推導(dǎo)簡圖gugpzgugpz2222222111第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v2 2、理想液體伯努利方程的物理本質(zhì)、理想液體伯努利方程的物理本質(zhì) 只受重力作用下的理想液體作恒定流動時具有只受重力作用下的理想液體作恒定流動時具有 比壓力能（壓力頭）比壓力能（壓力頭） 比位能（水頭）比位能（水頭） 比動能（速度頭）比動能（速度頭） 三種能量形式，在任一截面上這三種能量形三種能量形式，在任一截面上這三種能量形式之間可以互相轉(zhuǎn)換，但這三種能量在任意截面式之

29、間可以互相轉(zhuǎn)換，但這三種能量在任意截面上的形式之和為一定值上的形式之和為一定值 測量裝置動畫測量裝置動畫1 1、2 2、3 3、4 4 第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 3.3.實際液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程v 4 4、應(yīng)用實際液體的伯努利方程時必須注意以下幾點、應(yīng)用實際液體的伯努利方程時必須注意以下幾點1 1）液流是只受重力作用和不可壓縮，密度在流動中保持）液流是只受重力作用和不可壓縮，密度在流動中保持不變。不變。2 2）液流是恒定流動，如不是恒定流動，則要加入慣性項。）液流是恒定流動，如不是恒定流動，則要加入慣性項。3 3）要取在平行流或緩變流上，至于兩截面之間是什

30、么流）要取在平行流或緩變流上，至于兩截面之間是什么流動沒有關(guān)系，動沒有關(guān)系， 和為通流截面的同一點上的兩個參數(shù)，和為通流截面的同一點上的兩個參數(shù)，通常把這兩個參數(shù)都取在通流截面的軸心處，公式中通常把這兩個參數(shù)都取在通流截面的軸心處，公式中的速度取平均速度。的速度取平均速度。w222222111122hggpzggpz第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 5.5.伯努利方程應(yīng)用舉例伯努利方程應(yīng)用舉例如圖所示，如圖所示，v液壓泵的流量為液壓泵的流量為q q=32L/min=32L/min，吸油，吸油v管通道管通道d d=20mm=20mm，液壓泵吸油口距，液壓泵吸油口距v離液面高度離液面

31、高度h h=500mm=500mm，液壓泵的運，液壓泵的運v動粘度動粘度202010106 m6 m2 2/s/s，v密度密度900kg/m900kg/m3 3，不計壓力損失，不計壓力損失，v求液壓泵吸油口的真空度。求液壓泵吸油口的真空度。v解：吸油管的平均速度為解：吸油管的平均速度為v v油液運動粘度油液運動粘度smdqAq7 . 1422scm20sm1020226.hqIIIIII圖 2 - 1 2 泵 從 油 池 中 吸 油第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v油液在吸油管中的流動狀態(tài)油液在吸油管中的流動狀態(tài)v v此時液體在吸油管中的運動為層此時液體在吸油管中的運動為層v流狀態(tài)

32、。選取自由液面流狀態(tài)。選取自由液面和和v靠近吸油口的截面靠近吸油口的截面列伯努列伯努v利方程，以利方程，以截面為基準(zhǔn)面，截面為基準(zhǔn)面，v因此因此Z Z1 10 0，1 100（截面大，油箱下降速度相對于管道（截面大，油箱下降速度相對于管道流動速度要小得多），流動速度要小得多），p p1 1= =p pa a（液面受大氣壓力的作），（液面受大氣壓力的作），即得如下伯努利方程即得如下伯努利方程hqIIIIII圖 2 - 1 2 泵 從 油 池 中 吸 油1700201702dRe.g2gpzgp2222a 第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 因因 v 所以泵吸油口（所以泵吸油口（截面）

33、截面）v 的真空度為的真空度為 hz 2MPaghpp057.02222a第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識四、動量方程四、動量方程v動量定理認(rèn)為：作用在物體上的合力大小應(yīng)等動量定理認(rèn)為：作用在物體上的合力大小應(yīng)等于物體在力作用方向上的動量變化率。于物體在力作用方向上的動量變化率。v即：即：tmtIFdddd第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識四、動量方程四、動量方程v 動量方程的表達(dá)式為：動量方程的表達(dá)式為：應(yīng)用上式時必須注意以下幾點應(yīng)用上式時必須注意以下幾點1 1）適當(dāng)選取控制體，且注意）適當(dāng)選取控制體，且注意2 2）式中均為向量）式中均為向量, ,計算時應(yīng)列出指定方向上

34、的動量方程計算時應(yīng)列出指定方向上的動量方程3 3）等式左邊的力是作用在被研究的流體段上的所有外力；控制）等式左邊的力是作用在被研究的流體段上的所有外力；控制體內(nèi)的液體與固體壁面間為相互作用力，求作用在固體壁面體內(nèi)的液體與固體壁面間為相互作用力，求作用在固體壁面上的力時，要應(yīng)用作用力與反作用力。上的力時，要應(yīng)用作用力與反作用力。4 4）等式右邊的為流出的速度）等式右邊的為流出的速度 ， 為流入的速度，并注意方向。為流入的速度，并注意方向。圖圖 )(1122qF21u2u1dA2dA12222圖 2-13 動 量 定 律 推 導(dǎo) 簡 圖第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v 有一股流量為，

35、密度為的油有一股流量為，密度為的油v流，以速度為垂直射向平板，之后分流，以速度為垂直射向平板，之后分v兩股平行平板射出，如圖兩股平行平板射出，如圖2 21414所示。所示。v求射流對平板的作用力。求射流對平板的作用力。v解解 運用動量方程求作用力問題的關(guān)鍵運用動量方程求作用力問題的關(guān)鍵v是正確選用控制體。本題中以截面是正確選用控制體。本題中以截面1 11 1、v2 22 2、3 33 3所劃出的區(qū)域為控制體積，所劃出的區(qū)域為控制體積，v這三截面上的壓力都為大氣壓力，相對壓力為零。設(shè)平這三截面上的壓力都為大氣壓力，相對壓力為零。設(shè)平板對射流的作用力為板對射流的作用力為F F，方向向左，不考慮其它

36、力的作用，方向向左，不考慮其它力的作用，由動量方程可得由動量方程可得v因此射流對平板的作用力因此射流對平板的作用力 )0(1qF1qF 1gFFuuu331122F1F圖 2 - 1 4 射 流 對 平 板 的 作 用 力第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第三節(jié)第三節(jié) 管道中液流的特性管道中液流的特性一、液體的兩種流態(tài)及雷諾數(shù)判斷一、液體的兩種流態(tài)及雷諾數(shù)判斷 流動狀態(tài)流動狀態(tài) 1. 1.層流：層流： 液體流動時，液體質(zhì)點間作線狀或?qū)訝畹牧鲃?。液體流動時，液體質(zhì)點間作線狀或?qū)訝畹牧鲃印?2. 2.紊流紊流： 液體流動時，液體質(zhì)點有橫向運動或產(chǎn)生小漩液體流動時，液體質(zhì)點有橫向運動或產(chǎn)生

37、小漩渦，作雜亂無章的運動。渦，作雜亂無章的運動。 第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第三節(jié)第三節(jié) 管道中液流的特性管道中液流的特性 3. 3.雷諾數(shù)判據(jù)雷諾數(shù)判據(jù) 具體見具體見雷諾實驗動畫雷諾實驗動畫1 1、2 2、3 3 實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)可用下式來表實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)可用下式來表示示 對于非圓截面的管道來說，雷諾數(shù)可用下式表示對于非圓截面的管道來說，雷諾數(shù)可用下式表示 水力直徑可用下式來表示水力直徑可用下式來表示dRedRekxAd4k第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識4 4、雷諾數(shù)的物理意義、雷諾數(shù)的物理意義： 由雷諾數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，慣

38、影響液由雷諾數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，慣影響液體流動的力主要是體流動的力主要是慣性力和粘性力慣性力和粘性力。 雷諾數(shù)大就說明慣性力起主導(dǎo)作用，液雷諾數(shù)大就說明慣性力起主導(dǎo)作用，液流呈流呈紊流狀態(tài)紊流狀態(tài)； 雷諾數(shù)小就說明粘性力起主導(dǎo)作用，液雷諾數(shù)小就說明粘性力起主導(dǎo)作用，液流呈流呈層流狀態(tài)層流狀態(tài)。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 二、沿程壓力損失二、沿程壓力損失 1. 1.圓管中液體的流速與流量圓管中液體的流速與流量 1 1）流速）流速 圖圖 流速在圓管中的分布：拋物線，管中心線處流流速在圓管中的分布：拋物線，管中心線處流量最大，管壁出流量為零。量最大，管壁出流量為零。 2 2）流量）

39、流量 與管道的壓力差成正比，與管道的壓力差成正比， 與管徑與管徑4 4次方成正比，與粘度成反比次方成正比，與粘度成反比224rRlpupl128dq4第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 二、沿程壓力損失二、沿程壓力損失v沿程壓力損失：沿程壓力損失：液體在直徑不變的直管中流動液體在直徑不變的直管中流動時克服摩擦阻力的作用而產(chǎn)生的能量消耗稱為時克服摩擦阻力的作用而產(chǎn)生的能量消耗稱為沿程壓力損失。沿程壓力損失。v液體流動有液體流動有層流和紊流層流和紊流兩種狀態(tài)，沿程壓力損兩種狀態(tài)，沿程壓力損失也有層流沿程損失和紊流沿程壓力損失兩種。失也有層流沿程損失和紊流沿程壓力損失兩種。v層流沿程和紊流

40、沿程壓力損失公式層流沿程和紊流沿程壓力損失公式: :22vdlp第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識三、局部壓力損失三、局部壓力損失 局部壓力損失的計算公式為局部壓力損失的計算公式為 - -局部損失系數(shù)，有實驗確定，（查手冊）局部損失系數(shù)，有實驗確定，（查手冊） 實際的局部壓力損失可用下式計算實際的局部壓力損失可用下式計算 22p2qqpprr第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識四、管路中總的壓力損失四、管路中總的壓力損失 管路總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損管路總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損失之和與所有局部壓力損失之和的疊加失之和與所有局部壓力損失之和的疊加 管

41、路總的壓力損失一般以管路總的壓力損失一般以局部損失為主局部損失為主。為。為了減少壓力損失，常采用下列措施盡量了減少壓力損失，常采用下列措施盡量縮短管道縮短管道，減少截面變化和管道彎曲減少截面變化和管道彎曲。管道內(nèi)壁盡量做得。管道內(nèi)壁盡量做得光光滑滑，油液，油液粘度粘度恰當(dāng)。將油液的恰當(dāng)。將油液的流速限制流速限制在適當(dāng)?shù)脑谶m當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)等措施。范圍內(nèi)等措施。 2222dlp第二章第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第四節(jié)、液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性第四節(jié)、液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性一、液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性一、液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性v孔口的分類孔口的分類v薄壁孔：長徑比薄壁孔

42、：長徑比 l/d 0.5l/d 0.5v厚壁孔：長徑比厚壁孔：長徑比 0.5l/d 40.54l/d4第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第四節(jié)、液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性第四節(jié)、液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性一、液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性一、液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性v 1 1） 薄壁小孔的流量壓力特性薄壁小孔的流量壓力特性 見見薄薄壁小孔動畫壁小孔動畫1 1、2 2圖 2 - 1 7 薄 壁 小 孔 的 流 量 推 導(dǎo) 簡 圖p1p21122A2Av1v2DdlA1第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識 薄壁小孔的流量為薄壁小孔的流量為: : 通常通常C Cc c的值

43、可根據(jù)雷諾數(shù)的大小查有關(guān)手冊。的值可根據(jù)雷諾數(shù)的大小查有關(guān)手冊。 而液體的流量系數(shù)而液體的流量系數(shù)C Cd d的值一般由實驗測定。在液的值一般由實驗測定。在液流完全收縮的情況下，這時對常用的液壓油，流流完全收縮的情況下，這時對常用的液壓油，流量系數(shù)可取量系數(shù)可取 C Cd d0.620.62 三系數(shù)的關(guān)系三系數(shù)的關(guān)系 C Cd d C Cv v C Cc cpACACpCAq22dc22 2 2）厚壁孔和細(xì)長孔的流量壓力特性）厚壁孔和細(xì)長孔的流量壓力特性v當(dāng)小孔的長度和直徑之比為當(dāng)小孔的長度和直徑之比為 時，小孔稱為厚壁小孔，其與薄壁小孔的時，小孔稱為厚壁小孔，其與薄壁小孔的流量公式相同，但流

44、量系數(shù)流量公式相同，但流量系數(shù) C Cd d 在在 0.7-0.80.7-0.8之間變化。之間變化。45 . 0dl第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識pACACpCAq22dc22 3 3）細(xì)長孔的流量壓力特性）細(xì)長孔的流量壓力特性 當(dāng)小孔的長度和直徑之比當(dāng)小孔的長度和直徑之比 l/d 0.4l/d 0.4時為細(xì)長時為細(xì)長孔。其流量可用圓管層流流量公式表達(dá)，即孔。其流量可用圓管層流流量公式表達(dá)，即 4 4）液體經(jīng)小孔流動時流量壓力的統(tǒng)一公式）液體經(jīng)小孔流動時流量壓力的統(tǒng)一公式v上述三種小孔的流量公式，可以用以下公式統(tǒng)上述三種小孔的流量公式，可以用以下公式統(tǒng)一表示一表示pldq1284

45、mpKAq第章第章 液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識2 2、液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性、液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性1 1）液體平行平板縫隙流動的流量壓力特性）液體平行平板縫隙流動的流量壓力特性 平行平板縫隙的流量為平行平板縫隙的流量為 03212ubhplbhq第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v2 2）液體同心圓環(huán)和偏心圓環(huán)的流量壓力特性）液體同心圓環(huán)和偏心圓環(huán)的流量壓力特性 圖圖v同心圓環(huán)縫隙的流量同心圓環(huán)縫隙的流量 只要在平行平板縫隙的流只要在平行平板縫隙的流量計算公式中將寬度用圓周長代入上式即可。量計算公式中將寬度用圓周長代入上式即

46、可。v將將 b bd d 代如平行平板流量公式得：代如平行平板流量公式得：03212udhpldhq第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v偏心圓環(huán)縫隙的流量偏心圓環(huán)縫隙的流量 v公式為公式為v 其中其中v e e偏心距偏心距, e, e在在0 0h h0 0之間變化之間變化v h h同心圓環(huán)間隙同心圓環(huán)間隙v e/he/h0 0 偏心率偏心率).(230511l12pdhq第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識v3 3、泄漏功率、泄漏功率v間隙泄漏會引起的功率損失。由泄漏引起的功率間隙泄漏會引起的功率損失。由泄漏引起的功率損失為損失為 v正號為兩端壓力差作用方向與平板運動方向相同

47、，正號為兩端壓力差作用方向與平板運動方向相同，負(fù)號為兩端壓力差作用方向與平板運動方向相反，負(fù)號為兩端壓力差作用方向與平板運動方向相反，v同心圓環(huán)和偏心圓環(huán)也有同樣的形式。同心圓環(huán)和偏心圓環(huán)也有同樣的形式。pbhulphpqP21203第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第五節(jié)第五節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象一、液壓沖擊一、液壓沖擊v在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起油液的在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起油液的壓力在某一瞬間突然急劇升高，形成較大壓力在某一瞬間突然急劇升高，形成較大的壓力峰值，這種現(xiàn)象叫做的壓力峰值，這種現(xiàn)象叫做液壓沖擊液壓沖擊。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動

48、基礎(chǔ)知識第五節(jié)第五節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象1.1.產(chǎn)生的原因及危害產(chǎn)生的原因及危害 原因原因v液流突然停止運動，造成液體的壓力急劇升高，液流突然停止運動，造成液體的壓力急劇升高，引起液壓沖擊。引起液壓沖擊。v高速運動的工作部件件換向或制動時，引起液壓高速運動的工作部件件換向或制動時，引起液壓缸和管路中局部油壓急劇升高產(chǎn)生液壓沖擊。缸和管路中局部油壓急劇升高產(chǎn)生液壓沖擊。圖圖v液壓系統(tǒng)中某些元件反應(yīng)動作不夠靈敏，造成液液壓系統(tǒng)中某些元件反應(yīng)動作不夠靈敏，造成液壓沖擊。壓沖擊。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識第五節(jié)第五節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 危害：危害

49、：v引起設(shè)備振動和噪聲，大大降低了液壓傳動的精引起設(shè)備振動和噪聲，大大降低了液壓傳動的精度和壽命；度和壽命；v會損壞液壓元件、密封裝置，甚至使管子爆裂，會損壞液壓元件、密封裝置，甚至使管子爆裂，v會使系統(tǒng)中的某些元件產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)正會使系統(tǒng)中的某些元件產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)正常工作，有可能會造成工作中的事故。常工作，有可能會造成工作中的事故。第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識2 2、液體突然停止運動時產(chǎn)生的液、液體突然停止運動時產(chǎn)生的液壓沖擊壓沖擊 根據(jù)能量守恒定律，液體的動根據(jù)能量守恒定律，液體的動能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，即能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，即 其中其中 c-c-壓力沖擊波速

50、，一般取壓力沖擊波速，一般取c c8908901270 m/s1270 m/s 完全關(guān)閉時間：完全關(guān)閉時間：tTtTtT2rmax22121pKAlAlcKprmaxtTcprmax第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識3 3、運動部件制動時引起的液壓沖擊，、運動部件制動時引起的液壓沖擊，圖圖運動部件慣性運動部件慣性是引起液壓沖是引起液壓沖擊重要原因設(shè)運動部件在制擊重要原因設(shè)運動部件在制動時的減速時間為，速度減動時的減速時間為，速度減小值為，則根據(jù)動量定律可小值為，則根據(jù)動量定律可求得右腔內(nèi)的沖擊壓力值求得右腔內(nèi)的沖擊壓力值mtpAtAmp第三章第三章液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識4 4、少液壓沖擊的措施、少液壓沖擊的措施v適當(dāng)加大管徑，限制管速，